20
enero

Productos médicos fabricados por OMGs

Proteínas obtenidas a partir de organismos transgénicos utilizados en Medicina

(Datos obtenidos en http://www.chilebio.cl/)

PRODUCTO SISTEMA DE PRODUCCIÓN ENFERMEDAD
1.-FACTORES DE COAGULACIÓN
Factor VIII Células de mamífero Hemofilia A
Factor IX Células de mamífero Hemofilia B
Factor VIIa Células de mamífero Ciertas formas de hemofilia
 2.-ANTICOAGULANTES
Activador del plasminógeno tisular Células de mamífero Infarto de miocardio
Activador del plasminógeno tisular Bacterias Infarto de miocardio
Hirudina Levaduras Trombocitopenia y prevención de trombosis
 3.-HORMONAS
Insulina Bacterias / Levaduras Diabetes mellitus
Hormona de crecimiento Bacterias Deficiencia de la hormona en niños, acromegalia, síndrome de Turner
Folículo-estimulante Células de mamífero Infertilidad, anovulación y superovulación
Paratiróidea Bacterias Osteoporosis
Gonadotrofina coriónica Células de mamífero Reproducción asistida
Tirotrofina Células de mamífero Detección /tratamiento de cáncer de tiroides
Luteinizante Células de mamífero Ciertas formas de infertilidad
Calcitonina Bacterias Enfermedad de Paget
Glucagon Levaduras Hipoglucemia
  4.-FACTORES HEMATOPOYÉTICOS
Eritropoyetina (EPO) Células de mamífero Anemia
Factor estimulante de colonias de granulocitos/macrófagos (GM-CSF) Bacterias Netropenia, transplante autólogo de médula
 5.- INTERFERÓN E INTERLEUQUINAS
Interferón alfa (IFN alfa) Bacterias Hepatitis B y C, distintos tipos de cáncer
Interferón beta (IFN beta) Células de mamífero Esclerosis múltiple
Interferón gamma (IFN gamma 1b) Bacterias Enfermedad granulomatosa crónica
Interleuquina 2 (IL-2) Bacterias Cáncer de riñón
6.-VACUNAS
Anti-hepatitis B Levaduras Inmunización contra la hepatitis B
Anti-hepatitis A Levaduras Inmunización contra la hepatitis A
Anti-enfermedad de Lyme Bacterias Inmunización contra la enfermedad de Lyme
 7.-ANTICUERPOS MONOCLONALES RECOMBINANTES
Anti-IgE (recombinante) Células de mamífero Asma
Anti-TNF (recombinante) Células de mamífero Arthritis reumatoidea
Anti-IL2 Células de mamífero Prevención rechazo agudo transplante de riñón
 8.-OTROS PRODUCTOS RECOMBINANTES
Proteína morfogénica del hueso-2 Células de mamífero Fractura de tibia
Galactosidasa Células de mamífero Enfermedad de Fabry
Iaronidasa Células de mamífero Mucopolisacaridosis
Proteína C Células de mamífero Sepsis severa
Beta-glucocerebrosidasa Bacterias Enfermedad de Gaucher
DNAsa Células de mamífero

 

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19
enero

Secuencias de ADN: Palíndromos (3)

En algunas carreteras, cuando tomamos un desvío, circulamos por un pequeño tramo de carril único. También se produce en los tramos palíndromos cuando éstos contienen en el centro de su secuencia una pequeña secuencia no palindrómica. Formarían también una estructura cruciforme en cuyos extremos existiría un único carril circular para volver a tomar la continuidad del brazo de la estructura. A estas secuencias se les denomina palíndromos interrumpidos. Y pueden formar estructuras cruciformes en las que sus extremos forman anillos monocatenarios; es decir, de un solo carril.

palindromos4Los tramos palíndromo (continuos o interrumpidos) son relativamente frecuentes en la larguísima carretera del ADN.

Para determinar su frecuencia, tomemos como ejemplo un palíndromo continuo de 6 unidades. Las posibles disposiciones de los 6 automóviles en ambos carriles, vendría dada por la fórmula 46, ya que cada posición depende de la disposición de los 6 colores del modelo de coche en un solo carril ( a la otra no le queda más remedio que cumplir con la regla de la complementariedad y no influye como variable).

Primera posición: 4 colores posibles (4); 2ª posición. 4 colores posibles(4) independientemente del color de la 1ª posición, por tanto 4x 4 = 42 posibilidades en las 2 primeras posiciones, y así sucesivamente hasta la 6ª posición. Por tanto 46 disposiciones diferentes en un tramo de 6 automóviles seguidos. De todas ellas, habrá algunas disposiciones que formarán una secuencia palíndroma. Veamos cuántas.

Fijémonos que en una secuencia palíndromo de 6 unidades queda determinada por la disposición de los 3 primeros colores –justo hasta la mitad del palíndromo-, ya que para constituirse como secuencia palíndromo, a los 3 siguientes colores sólo les cabe una única disposición respecto a los 3 primeros. Este 2º tramo del palíndromo sólo puede tener una sola disposición de su orden de colores que dependerá de las 43 disposiciones de los 3 primeros. Por tanto habrá 43 x 1 = 43 secuencias palíndromas entre todas las posibles (46).

La probabilidad de que cualquier tramo o secuencia del ADN de 6 escogido al azar sea un palíndromo es de 43/46= 1/43 = 1/64; es decir una de cada 64 secuencias. Y como en el ADN existen multitud de tramos –tomados de 6 en 6- a lo largo de su recorrido, muy probablemente aparecerá 1 palíndomo, por termino medio cada vez que exploremos hasta 64 secuencias de 6 unidades. El ADN estará lleno de secuencias palíndromo de 6 unidades.

Conforme aumenta el número de unidades del tramo palíndromo, su frecuencia disminuye considerablemente. Con 8 sería 1/44= 1/256; para 10 sería 1/45 =1/1024,…. Para un palíndromo de 20 unidades 1/410 = 1/1048576 ; y así sucesivamente. Aún así el ADN es lo suficientemente largo para que, por simple azar –que es como realizado la base del cálculo- existan muchas secuencias de este tipo, incluso de bastantes unidades. Lógicamente las más cortas serán mucho más abundantes que las de mayor número de unidades.

Así podemos entender cómo las desviaciones, más o menos largas, su disposición y las distancias entre unas desviaciones y otras pueden servir de mapa de referencia para realizar una  localización rápida y precisa de los genes en esa larga carretera que constituye el genoma.

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18
enero

Secuencias de ADN: Palíndromos (2)

En el post anterior no hemos indicado que los automóviles que conforman esa enorme caravana (nucleótidos) sólo son de 4 clases. Mejor dicho, del mismo modelo y de 4 colores diferentes, que llamamos técnicamente A,T, G y C y que, como todo automóvil, tienen una parte delantera y otra trasera.

A la parte delantera se le denomina extremo 5´ del automóvil-nucleótido y a la parte trasera se le denomina extremo 3´.

Veamos su disposición en la caravana y en ambos carriles. El primero de los coches que se haya situado en un carril de la carretera no tendrá ningún otro automóvil delante, su parte delantera (5´) está libre. Los demás del mismo carril tendrán un coche por delante y otro por detrás: sus dos extremos están conectados, y así, hasta el último de ese carril cuya parte trasera (3´) marcará su final. Podemos decir que ése es carril de ida de Madrid a Coruña, por ejemplo: el primer coche en llegar marca el término del viaje (5´: Coruña) y el último marca el inicio (3´: Madrid).  En el otro carril sucede lo contrario: el primero de la larga fila llegó en primer lugar a Madrid (5´) y el último se encuentra en Coruña (3´). Es el carril de ida de Coruña a Madrid. Al revés que el anterior. Los carriles de la carretera, lo mismo que la disposición de nucleótidos en el ADN, es Antiparalela, porque los coches (nucleótidos) van en direcciones contrarias, cada uno en su carril.

Esto tiene su importancia en el ADN, entre otras cosas y sobre todo, porque la maquinaria celular coloca los nucleótidos marcha adelante y , salvo casos anecdóticos, no sabe hacerlo de otro modo. Se puede decir que los nucleótidos –a diferencia de los automóviles- carecen de marcha atrás. Este “inconveniente” produce que se “compliquen” procesos del ADN tales como su replicación y transcripción; aunque, por otra parte, favorecen que en el mismo tramo puedan existir 2 secuencias diferentes: 2 mensajes distintos en el mismo trayecto. Doble información en un solo espacio.

Tampoco hemos indicado que, además, los 4 coches o nucleótidos “exigen” un único modo de colocarse en ambas cadenas. Aunque el orden de los colores de automóviles que se encuentran situados en un carril cualquiera pueda ser el que “aleatoriamente” queramos; tal   secuencia determina inequívocamente el orden de automóviles de la otra; y lo mismo al revés.

La regla que determina dicha disposición es: si en un carril se encuentra un coche modelo A (azul, por ejemplo), en el otro, y a su misma altura, tiene que estar situado un coche T (rojo, por ejemplo) y lo mismo sucede con G ( verde, por ejemplo) y C (naranja, por ejemplo). Nunca deben enfrentarse de ninguna otra forma, porque no es posible químicamente. No es posible A con G ó con C; ni T con G ó con C, ni G con A ó con T; ni C con A ó con T. Siempre naranja con verde y azul con rojo. Esto se simplifica diciendo que tiene disposición complementaria. Dos carriles en la misma carretera de coches en caravana: con carriles complementarios y antiparalelos.

Así podemos entender que en un tramo determinado normalmente no coincida la disposición de la secuencia de los colores de los automóviles –si los contemplamos en el orden parte delantera(5´)-trasera(3´)- en ese mismo tramo. Lo que nos hace perentorio, como ya hemos indicado, otra de las propiedades o características del ADN: en un mismo tramo hay 2 secuencias o mensajes diferentes. (Véase por ejemplo en el tramo intermedio de la figura adjunta)

Sin embargo es posible y real el hecho de que ambas secuencias coincidan en un tramo (En la figura adjunta los 2 tramos acotados). Son las secuencias palíndomo que, como dijimos en el post anterior, son secuencias que producen desviaciones más o menos largas –en función del tramo palindrómico- que hace que estas secuencias sirvan de “mapa” de esa larga carretera en la que situar –de forma precisa y rápida- aquellos tramos en la que maquinaria celular quiera “fijarse” y actuar sobre ella.

palindromos3Por poner un ejemplo: la secuencia 5´… G A T A T C  …3´ en una de los carriles coincide con la misma secuencia dentro del mismo tramo en el otro carril, también de 5´a 3´. Sus coches pueden perfectamente provocar un desvío de la dirección principal de la carretera para hacerlo sin contradecir las características (antiparalelismo y complementariedad) de los 2 carriles del ADN, y así, formar un doble desvío igual en ambos carriles de la carretera principal, que en el ADN se denomina estructura cruciforme.

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17
enero

Secuencias del ADN: Palíndromos (1)

Imagínese usted una carretera con carril de ida y de vuelta. Imagínesela absolutamente llena de coches en caravana, tanto en un carril como en el otro, de modo que ninguno de ellos puede avanzar.

Imaginen ahora que el trayecto ocupado por esa inmensa caravana es la distancia de Coruña a  Cádiz (1.200 Km. aproximadamente). Si cada automóvil ocupa una longitud de carretera de 5 metros, el número de coches en cada dirección sería: 1.200.000m/5m = 240.000 coches. Se necesitarían 480.000 automóviles para cubrir ambos carriles.

Supongan ahora que vd. se encuentra situado en helicóptero sobre un tramo concreto de esa carretera y le piden que “identifique” de qué tramo se trata. Muy probablemente diría que imposible; o todo lo más, buscaría referencias o bien de los automóviles, de la propia carretera, sus posibles cruces, de la posición solar, de los posibles accidentes topográficos, de los núcleos de población que la rodean, etc., para ver si todo lo observado pudiera encajar con una posible respuesta. Imaginen ahora la misma situación anterior pero observando únicamente la carretera, con sus coches y nada más. Ahora se rendiría absolutamente, salvo que coches, señales y paneles de la propia carretera pudiera insinuarle pistas para poder hacerlo.

El ADN humano –y de cualquier ser vivo- es como esa carretera, cuyos nucleótidos se asemejan a los coches situados en ambas direcciones, pero muchísimo más larga aún; nada menos que 3.200.000.000 coches en cada dirección. Nada más y nada menos que 16 millones de Km de caravana. Suficiente para alcanzar nuestro sol , o mejor, todas las carreteras de Europa –quizás del mundo entero- rellenas de automóviles parados en caravana. ¿Cómo identificar el tramo que estamos contemplando desde nuestro helicóptero? ¿Cómo haríamos para localizar  un tramo determinado?. Éste es un problema que la maquinaria de la célula debe resolver ya que determinados tramos –que podemos asemejarlos a los genes del ADN- tienen que actuar; cada uno en su momento y circunstancia en función del tipo de célula en el que se encuentra y también en función del ambiente celular (interno y externo). palindromo 1

 Existen muchos tramos –en función de las circunstancias celulares citadas- de esa enorme carretera a los que ya está impedido su acceso: no son identificables. Vendrían a ser , siguiendo nuestro simil, tramos de carretera que pasan por túneles, zonas boscosas, etc., en que no es posible su observación  desde el helicóptero. Pertenecen a la heterocromatina nuclear que está pero que no actúa. Otros se encuentran en obras, están cortados por otras circunstancias: derrumbes, inundaciones, nieve, etc. que temporal o definitivamente están inaccesibles. Son tramos marcados epigenéticamente (nucleosomas apelotonados, histonas del nucleosoma no acetiladas, metilaciones en los nucleótidos, etc.). Aunque  relativamente accesibles, tampoco son funcionales. Y nos queda el resto de los tramos que todavía son muy numerosos. Como diferenciar los tramos “concretos” para situar nuestro helicóptero en posición?

Una de las formas es hacerlo mediante el propio trazado de que la carretera que consiste en realizar “desviaciones” para “marcar” esos tramos. En determinados puntos, los carriles se desvían uno del otro hacia ambos lados igualmente y vuelven de nuevo a retornar al punto de desviación, adoptando una configuración cruciforme.

 palindromos2La magnitud de la desviación –longitud de los brazos de la estructura cruciforme- es variable: unas decenas de metros, centenares de metros o kilómetros. Existen muchísimos de estos puntos de referencia a lo largo de la carretera de forma que podemos situarnos en un tramo si tenemos en cuenta que éste se encuentra, por ejemplo, después de 2 desviaciones de  187 y 278 metros,  y de otras 2, la primera de 27 metros y la segunda de 2,45 Km. Tomando como referencia las desviaciones , sus magnitudes o incluso los tipos de automóviles que se encuentran en ellas, nos indican el tramo concreto en que queremos fijarnos. Lo mismo sucede en el ADN celular. Estos tramos que provocan desviaciones, en el ADN se denominan palíndromos, y vienen determinados por el orden en la disposición de los automóviles (nucleótidos) en la caravana. De este modo, la configuración de la propia carretera conforma señales propias para la localización de tramos concretos. Así, los genes del ADN son relativamente fáciles de localizar para que la maquinaria que los pone en funcionamiento sea rápida y eficaz. Fácil e ingenioso.

No es la única y exclusiva forma que tiene el ADN de fijar la localización de sus genes. Los tramos palindromo también son utilizados para otras funciones, siendo reconocidos por su propia configuración: tramos por donde el ADN puede “cortarse” por enzimas de restricción, tramos reguladores de la actividad génica; tramos que se transcriben a ARNm o ARNr,… En el siguiente post trataremos  de explicar con más detalle la naturaleza de las secuencias palíndromo.

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24
noviembre

El ADN es cosa de bits

Un genoma humano tiene 3.200.000.000 pares de bases. Tener en cuenta una secuencia de tal calibre, además de sólo 4 “letras” diferentes, se insinúa imposible. Aunque sólo fuese por esta circunstancia, el apoyo informático se convierte en absolutamente necesario.

La informática se convierte así en un aliado necesario de la biología principalmente a nivel molecular.

¿Cómo descubrir, en ese listado inmenso, la secuencia concreta que andamos buscando? ¿Cómo diferenciar secuencias “equivalentes” en el ADN de diferentes personas, o de diferentes organismos?

Las bases de datos de secuenciación de genes y genomas cada vez son más amplias (también para obtenerlas es necesaria la informática). Cada día aparecen noticias sobre la secuenciación del genoma de nuevos organismos. El problema de la biología actual del ADN es la enorme cantidad de datos que poseemos y su fuerte ritmo de crecimiento que debe obligar a la creación de programas informáticos eficientes y rápidos para ordenarlos, describirlos y compararlos.

Además de analizar secuencias, la informática puede servir de gran ayuda para descubrir la “calidad” de las mismas (su acción) por la interrelación funcional, que sabemos que se produce entre diferentes secuencias localizadas en diferentes parte del genoma. Me atrevo a predecir que un futuro premio Nobel será consecuencia del descubrimiento realizado por alguna herramienta informática.

La biología ya no sólo es cosa de bota y de bata: se necesitan bits

La biología ya no sólo es cosa de bota y de bata: se necesitan bits

La informática ayuda, además, en la conformación 3D. La naturaleza bioquímica de la vida y de sus disfunciones está determinada por las interacciones en 3D que se producen entre diferentes componentes bioquímicos. Sobre todo ADN y proteínas. La informática puede realizar y variar de una forma gráfica y rápida las diferentes conformaciones que pueden adoptar ciertas moléculas para comprobar las posibilidades de sus interrelaciones tridimensionales.

Todo ello requiere el desarrollo de herramientas, algoritmos y software adecuado para conseguir de forma rápida y precisa todos los resultados de las investigaciones en este campo.

La Informática así aplicada recibe el nombre de Bioinformática y constituye un poderoso instrumento imprescindible, hoy día, en la investigación biológica.

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17
noviembre

Una misma persona, dos genomas distintos

No siempre ocurre así: un genoma haploide de papá y otro genoma haploide de mamá. Uno y uno. A veces hay más de dos. Son raros los casos, pero sí.

Puede suceder que en las primeras fases del desarrollo del embrión en humanos, éste no se encontrara sólo en el aparato sexual materno, sino acompañado de un hermano con el que se me mezcló, formando una sola unidad. Las parte fusionadas se adaptaron, se sincronizaron en un desarrollo unitario y las células, tejidos y órganos o partes de ellos a los que dieron lugar se encontraran en el individuo nacido y más tarde, en el adulto. Éste nuevo embrión, que surge de la mezcla, presentaría células con un genoma, y células con el genoma de su hermano o hermana.

Los individuos que presentan tales características reciben el nombre de quimeras. Un individuo quimera tiene, por tanto 2 genomas diploides.

En el embrión quimera, hay células que tienen un genoma,  y otras otro genoma,  resultado de la mezcla de dos embriones.

En el embrión quimera hay células que tienen un genoma y otras que poseen otro genoma. Es el resultado de la mezcla de dos embriones diferentes.

¿Es posible que fusionen más de un hermano? La literatura científica dice que sí sería posible; y, en ese caso, sus células tendrían 3 genomas, es decir, habría células de 3 tipos con un genoma distinto cada una. ¿Y también 4, 5…? Hasta ahora sólo se han encontrado y descrito casos de doble genoma.

La causa del origen de los individuos quimera es todavía incierta. En el libro El embrión ficticio, de Gonzalo Herranz, explica dos clases diferentes de teorías sobre cómo se producen estos casos. Lo que sí está claro que su inicio se debe a una fecundación doble: dos óvulos distintos y dos espermatozoides distintos. La diferencia entre una clase y otra se produce por el momento de la fusión de ambos embriones.

La teoría “tradicional”, es aquella que tiene una mayor tradición histórica, y afirma que se producen dos fecundaciones en óvulos distintos individualizados. Se produce una doble ovulación materna, donde cada óvulo independiente está envuelto en su correspondiente zona pelúcida; posteriormente, en algún momento anterior a la plena implantación (desde los primeros días hasta el día 14), los embriones se fusionan en uno solo, desarrollándose luego un solo individuo con células de ambos tipos entremezcladas.  Existen muchos matices acerca de los mecanismos que permiten o impiden tal fusión y, para intentar aclarar por qué fallan o se activan algunos de esos mecanismos, algunos científicos hipotetizan que debe producirse en un margen temporal diferente al que afirman otros. No obstante, hasta la fecha, nadie ha contemplado el fenómeno de fusión de embriones incipientes, ni siquiera desde que se instauró la fecundación in vitro.

El segundo tipo de teoría, más reciente en el tiempo, no habla de fusión de embriones sino de dos óvulos diferentes envueltos en la misma zona pelúcida (se trataría en este caso de una ovulación especial).  Ambos son fecundados por su correspondiente espermatozoide, uno para cada óvulo.  Como ambos forman parte de la misma unidad, irían dividiéndose ambos tipos de células como lo harían las de un cigoto normal, como un único embrión.

Tanto en un caso como en otro los genotipos del individuo quimera serían 46,XX/46,XX; 46,XY/46,XY o 46,XX/46Y. En los dos primeros genotipos que contienen cromosomas isosexuales, todas las células del individuo serían femeninas o masculinas respectivamente. Son mujeres o varones de fenotipo normal, como uno más, hasta que se enteran de su condición por un análisis sanguíneo o un genotipado de HLA (compatibilidad). En definitiva, por un análisis genético.

Las quimeras anisosexuales acostumbran a presentar manifestaciones en mayor o menor grado de trastorno ovotesticular (tipo de hermafroditismo): órganos genitales externos ambiguos y alteraciones gonadales (1 testículo y 1 ovario; tejido ovárico y testicular reunidos en un ovotestis).

Otro fenómeno diferente, más frecuente -diría que universal-  son los individuos mosaico, en los que el genoma de todas sus células no son exactamente iguales porque sus células han sufrido mutaciones previas, debido a que la ADN polimerasa no es perfecta, y siempre hay algún error en la copia del ADN, produciendo células hijas en las que algunos nucleótidos cambian.

Cada célula de difrentes de su color. Está claro que incluso en nuestro propio cuerpo hay diversidad y covivencia

Cada célula de su color. Está claro que incluso en nuestro propio cuerpo, dentro de un sólo organismo, hay diversidad

Todos somos individuos mosaico en mayor o menor grado, o también podríamos decir que todos somos mutantes ambulantes.  ¿Qué te parece ser un  X-men?

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10
noviembre

La red de la genética

Con la cascada de noticias sobre las investigaciones científicas relativas al genoma y al epigenoma, uno se puede imaginar que el genoma de los organismos, humano incluido, funciona en la mayor parte de los casos como un sistema en forma de red, mediante el cual el momento, lugar e intensidad en ciertas expresiones génicas concretas viene condicionada por la activación/supresión de otros genes, así como de la presencia de ciertos factores, normalmente químicos, del entorno genómico.

No hace falta que exista una mutación para provocar la deficiencia en la expresión del gen o su sobreexpresión. Es posible que algo falle en la red genómica para que esa circunstancia se dé, de ahí que sea tan complicado desentrañar las causas de muchas enfermedades con causa genética, así como la existencia de las diferencias genéticas entre enfermos con el mismo tipo de dolencia.

cruce-de-vias_senalesComo una imagen –dicen- que vale más que mil palabras, puede contemplarse el funcionamiento genómico como el de una red de carreteras y caminos en que el trayecto entre lugares se conecta por la expresión de determinados genes; bien porque éstos sólo son transcritos, que se corresponderían con  caminos de una sola vía (de un solo sentido) con otros –quizás más importantes- con genes que se expresan en proteínas que se corresponderían con aquellas carreteras de doble vía. La interrupción de un camino o de una de las vías por obras, accidentes, inundaciones, u otro tipo de cortes en alguna de ellas impediría que la red no funcionara, lo hiciera deficientemente o nos llevara a otro lugar distinto del que debiera.

En la mayoría de enfermedades, en las denominadas multifactoriales, es muy posible que suceda algo análogo a lo expresado anteriormente y que no podamos hablar de enfermedad desde un punto de vista común sino de enfermedades particulares. Dando entrada así a la denominada medicina personalizada.

Si bien existen algunos factores comunes, estadísticamente hablando, entre quienes padecen una determinada deficiencia por causas genéticas, está también establecido que un porcentaje no desdeñable de dichos enfermos carecen de los factores presumiblemente responsables que los otros tienen en común, existiendo además una gran variabilidad de las posibles causas genéticas entre ellos.

Está claro que el funcionamiento del genoma es tremendamente complejo y que son necesarios muchísimos más estudios para desentrañar poco a poco lo que no hace tiempo considerábamos -una vez completado el proyecto sobre el genoma humano- como la solución definitiva:  la piedra filosofal de la medicina.

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4
noviembre

La ciencia de lo (e)nano

La nanotecnología es uno de los campos punteros de la ciencia en la actualidad. Dicen que va a producir una revolución con las supuestas casi infinitas aplicaciones que le atribuyen.

La nanotecnología podemos definirla como la tecnología de lo “nano”. Nano se refiere al nanómetro (10-9 m), a la mil millonésima parte del metro o a la millonésima parte del milímetro. Por otro lado, tecnología sabemos todos lo que es. Entonces nanotecnología es la capacidad para observar, producir, construir y manipular objetos pequeñísimos. Hablaríamos entonces, por poner un ejemplo, de nanochips de memoria capaces de contener la información de los volúmenes  la biblioteca nacional en un punto imperceptible.

Cartel de la elícula Viaje Alucinante y escena de Los Simpons parodiando la película (hasta en esa serie se ha tratado el tema de Nanotecnología... su importancia debe tener)

Cartel de la película Viaje alucinante y escena de Los Simpons parodiando la película. La nanotecnología en ambos casos fue usada para solucinar un problema médico introduciendo una nave nano (y tripulación) en el cuerpo del paciente

El ADN también es un objeto natural nano, su grosor es de 2 nanómetros. Una secuencia de 10 pares de bases tiene una longitud de 3,4 nanómetros.

Hasta el momento, manipulamos el ADN de forma físico-bioquímica y normalmente utilizamos ADN en grandes cantidades, aunque sean picomoles. El acceso a una sola molécula de ADN de forma directa nos está hoy técnicamente vedado si no hacemos millones de réplicas de la misma a través de la técnica de la PCR. No tenemos acceso al ADN de una o varias células entremetidas en la inmensidad de células que forman los tejidos u órganos corporales in vivo. En la actualidad tenemos que manipular el ADN de células especializadas o bien embrionarias o madre adulta siempre fuera del contexto natural (in vitro).

Con la nanotecnología se acabarían estos problemas y, en teoría, podríamos modificar el ADN celular allí donde fuese necesario (in situ e in vivo) introducir una reparación a través de algún artilugio nano.

Es algo parecido a lo que sucedía en la película de ciencia ficción Viaje alucinante (basada en la novela del mismo título de Isaac Asimov). En ella, un submarino es reducido de tamaño con un rayo reductor, con tripulantes incluidos, e introducido a través de una jeringuilla en el torrente circulatorio de un paciente para que, a través de él, acceder y reparar una lesión cerebral del mismo; un submarino nanotecnológico.

Hoy día no necesitamos un rayo reductor. Los avances nanotecnológicos nos permitirán construir el nano-submarino con piezas nano porque ya hemos empezado a manejar y manipular  átomos sueltos.  Sino, vean quién ha ganado el premio Nobel de Química del 2016, tres científicos que se ha sumergido en el mundo de lo nano y ya han hecho sus pinitos creando máquinas moleculares.

nobel_price_2016Si echamos la imaginación a volar y tiramos también de lógica, una nanomáquina (en nuestro caso, un hipotético nanosubmarino reparador de mutaciones de ADN) debe tener tres características indispensables para que sea factible:

  • Una “coraza” para que a su paso por los diferentes “tubos” por los que sería introducido en el cuerpo, no fuese dañado y hundido antes de llegar a su objetivo.
  • Un “localizador del objetivo”, es decir, una señal para reconocerlo y poder excluir lo que no es el objetivo.
  • Un “torpedo” lo suficientemente potente para introducirlo en el objetivo (el núcleo de unas células específicas de un órgano, por ejemplo).

En los enlaces indicados a continuación podemos apreciar diferentes aplicaciones de la utilización de nanopartículas en biomedicina, pero con imaginación ya veis que se puede recrear la inmensa cantidad de aplicaciones que la nanotecnología puede proporcionarnos.

http://www.agenciasinc.es/Noticias/Nanoparticulas-para-combatir-enfermedades-infecciosas

http://www.elmundo.es/ciencia/2013/11/29/52989d2961fd3d67558b4579.html

http://www.elmundo.es/salud/2013/12/11/52a8c02461fd3d7f2a8b4578.html?a=e1017c79219ff622f70c967f089b38f1&t=1386841940

http://www.solociencia.com/2014/02/03/obtienen-nanocapsulas-con-actividad-antitumoral-en-lineas-celulares-de-cancer-de-mama/

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27
octubre

Mundo ARN y el origen de la vida

Se dice que el ADN es la base de la vida, pero… ¿hasta qué punto? En eucariotas y procariotas, el ARN es una molécula intermediaria entre el ADN y las proteínas. Para la síntesis de proteínas hacen falta proteínas y ARN (de transferencia, ARNt y ribosomal, ARNr) que viene codificado en el ADN, que necesita a su vez proteínas para dar el ARN mensajero que servirá para traducir la información a proteínas. Vamos, que hay una relación inevitable de cooperatividad entre tres moléculas esenciales: el ADN, el ARN y las proteínas.

dibujo20121024-the-emergence-of-hypercyclesPero quien fue primero, ¿el huevo o la gallina? (el huevo, que las gallinas evolutivamente vienen de los réptiles y éstos ya ponían huevos). Pues a esta pegunta se dedican los científicos y ya tienen varias hipótesis. Una cosa que parece que tiene consenso es que el ADN es un producto secundario del ARN (que se pudo haber formado como un mecanismo de resistencia para tiempos de guerra donde las condiciones ambientales eran más duras y se necesitaba estabilidad). También se cree que la formación de proteínas y ARN fue químicamente espontánea y contemporánea en ese caldo primigenio que fue la hidrosfera de la Tierra antes de que la primera célula, llamada LUCA (Last Universal Common Ancestor), apareciese.

Entonces, lo fundamental de LUCA está en las proteínas y el ARN…

¿Cómo pudo surgir la vida en células tal como la entendemos hoy en día de un puñado de moléculas de proteínas y ARN de una sopa primigenia? Hay varias hipótesis al respecto, una dice que primero tuvo que surgir el metabolismo y otra que primero fue el ARN. Ambas cojean, ya que no explican todo lo necesario para saber cómo ha surgido LUCA.

Con respecto a la hipótesis de un mundo de ARN, ésta se centra en el ARN ribosómico. Se cree que el pre-ribosoma, el ribosoma ancestral formado por proteínas y ARN, tenía la capacidad de autorreplicarse aunque no codificaría información genética… Pero, ¿y si sí la codificase y no sólo se autorreplicase, sino que también pudiese sintetizar sus propias proteínas catalíticas y su propia estructura? De esta forma el pre-ribosoma sería el  intermediario entre la vida prebiótica y la vida celular. Con el paso del tiempo, este ARN ribosómico se especializaría sólo en la traducción perdiendo el resto de capacidades.

Para aportar un granito de arena a esta hipótesis, se he hecho un análisis de las secuencias de ADN que se corresponden con el ARN ribosómico de una cepa de E.coli mediante algoritmos de alineamiento (Root-Bernstein, M. y Root-Bernstein, R., 2015), y se ha visto que:

  • El ARNr 23S y 16S contiene todos los ARNt necesarios para la síntesis de los 20 aminoácidos proteicos (aunque éstos se solapan) y para que estos se plieguen correctamente y sean funcionales. El problema de solapamiento no sería un problema pues podría editarse el ARN y así cortarse los fragmentos correctos.
  • El ARNr 23S, 16S y 5S contiene información para crear las proteínas de su estructura y otras relacionadas con sus funciones.

O sea, que los pre-ribosomas pude que tuviesen la capacidad de codificar genéticamente en su ARN su propia transcripción, traducción y replicación. ¿Coincidencia o azar? El caso es que sería un apoyo a la idea de que fue el ARN (ribosómico) el que empezó a codificar información y el que comenzó con el metabolismo que ahora encontramos en una célula.

Obviamente, este estudio sólo se ha realizado sobre una cepa de E.coli y habría que investigar mucho más para llegar a confirmar la hipótesis del mundo ARN… o refutarla.

Links de interés:

Francisco R. Villatoro, “La hipótesis del mundo de los ribosomas”, Naukas, 27 Feb 2015.

Francisco R. Villatoro, “The ribosome world hypothesis”, Mapping Ignorance, 27 Feb 2015.

 

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21
octubre

Construyendo órganos de novo

 

“Doctor, si mi corazón no funciona bien, póngame uno nuevo”

En la prensa de divulgación científica y en ocasiones, en la prensa generalista aparecen noticias que hacen referencia a artículos concretos de publicaciones científicas serias sobre la fabricación  experimental de novo de órganos artificiales: riñón, corazón, páncreas, hígado, huesos, hasta cerebros, sobre todo de ratones.

Se ha experimentado con varios procesos para obtener órganos sintéticos:  retirar las células dañadas del órgano y usarlo como soporte para las células madre, crear un soporte arificial de materiales biodegradables para que las células crezcan sobre él con la forma adecuada, en un medio que contiene factores (sustancias químicas) que inducirán la diferenciación de las células madre en las células especializadas del órgano que deseamos, etc, etc…

Andamio de una oreja sobre la que se sembrarán células madre para que creen el cartílago

Andamios de un par de orejas sobre las que se sembrarán células madre para que creen el cartílago

Esas células madre introducidas en la solución pueden ser células iPS (pluripotenciales inducidas) por la modificación de algunos  genes, o incluso células madres multipotentes de la piel que, por ejemplo, se transforman en células cardíacas (si se trata de formar un corazón)  por la presencia en el medio de una mezcla de determinadas sustancias químicas que actúan como factores de transcripción de determinados genes bloqueados activándolos. Estos genes provocan su reprogramación sin tener que modificar ningún gen para su transformación. Este proceso también se aplica con células adultas de un tipo determinado que, por el uso de factores de transcripción, se convierten directamente en otro tipo de células adultas sin que tengan que pasar por el estado pluripotencial previo. Es decir, por reprogramación directa.

En ocasiones, las células introducidas son mezcla de células reprogramadas (iPS) con otros tipos celulares que ayudan en la organización de la compleja estructura del órgano.

Todos estos estudios están todavía en fase experimental, carecen de aplicación práctica ya que aún faltan muchos detalles por investigar y menos aún, de aplicación al ser humano.

Quién sabe si dentro de unos años las impresoras en 3D acabarán fabricándonos órganos de remplazo en la propia consulta del médico. ¡Al tiempo!

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